ES2229325T3 - Dispositivo de proteccion diferencias inmunizado contra las recohnexiones intempestivas. - Google Patents

Abstract

LA PRESENTE INVENCION SE REFIERE A UN DISPOSITIVO DE PROTECCION DIFERENCIAL DE UNA INSTALACION ELECTRICA INMUNIZADA CONTRA LOS DISPAROS IMPREVISTOS. ESTE DISPOSITIVO COMPRENDE DE MANERA CONOCIDA UN TRANSFORMADOR DIFERENCIAL T, DEVANADOS PRIMARIOS, E1, E2, E3, E4, UN DEVANADO SECUNDARIO ES, UN RELE DE DISPARO (R) DE UN APARATO DE CORTE DE LA CORRIENTE (8) CONECTADO AL DEVANADO SECUNDARIO CITADO ES POR UN CIRCUITO SECUNDARIO DE CONEXION. ESTE CIRCUITO SECUNDARIO LLEVA UN MEDIO DE LIMITACION DE PICOS DE LA SEÑAL SECUNDARIA, POR EJEMPLO UN DIODO D, CONECTADO AL RELE R DE MANERA QUE EVITE UN DISPARO IMPREVISTO EN CASO DE PUNTA DE TENSION PARASITA, A LA VEZ QUE GARANTIZA UN DISPARO POR UNA CORRIENTE DE DEFECTO. ESTE DISPOSITIVO SE CARACTERIZA PORQUE EL TRANSFORMADOR T COMPRENDE AL MENOS DOS PARTES A, B, QUE PRESENTAN CARACTERISTICAS MAGNETICAS DIFERENTES, A SABER UNA PRIMERA PARTE A CONSTITUIDA POR UN MATERIAL CON PERMEABILIDAD ELEVADA QUE PROPORCIONA AL RELE CITADO R ENERGIA SUFICIENTE PARA DISPARARSE CON PEQUEÑAS INTENSIDADES DE CORRIENTE HOMOPOLARES, Y UNA SEGUNDA PARTE B CONSTITUIDA POR UN MATERIAL DE BAJA PERMEABILIDAD QUE PROPORCIONA AL RELE R ENERGIA SUFICIENTE PARA DISPARARSE CON FUERTES CORRIENTES HOMOPOLARES.

Description

Dispositivo de protección diferencial inmunizado contra las desconexiones intempestivas.

La presente invención trata de la protección de las instalaciones eléctricas alimentadas por redes eléctricas alternativas, especialmente cuando aparecen corrientes de fallo a tierra.

Los dispositivos de protección conocidos contra las corrientes de fallo a tierra constan principalmente de un transformador de intensidad diferencial constituido por un núcleo, unos bobinados primarios formados por los conductores activos de la instalación y un bobinado secundario asegurando la detección de corrientes de fallo. Este bobinado secundario está unido a un relé de alta sensibilidad que asegura la desconexión de la cerradura de un aparato de corte que protege el circuito cuando la señal secundaria sobrepasa un umbral predeterminado.

Conforme a las normas, estas protecciones diferenciales llevan aparejado una desconexión diferencial para corrientes homopolares, de frecuencia llamada industrial y teniendo una amplitud comprendida entre l_{DN} (l_{DN}min=10mA) y 500 RMS. No obstante, no deben comportar una desconexión sobre las ondas de corriente homopolares parásitas, en general impulsionales y de frecuencia equivalente elevada (superior a algunos KhZ).

Se conoce un medio que permite aumentar la inmunidad de un dispositivo diferencial para las desconexiones intempestivas tal como se describe en la patente FR 2442525 y que consiste en utilizar un relé de tipo polarizado y un diodo conectado a los bornes de dicho relé y cuyo sentido de conducción corresponde al sentido de la corriente de desconexión del relé. En este caso, el umbral de conexión del diodo está regulado de forma que sea muy superior al umbral de desconexión del relé pero inferior a la tensión secundaria proporcionada por las corrientes parásitas a eliminar.

El diodo, gracias a su umbral de conducción, permite limitar la señal secundaria y así pues absorber una parte de la energía parásita (ondas impulsionales). Ahora bien, para corrientes homopolares de frecuencia industrial pero de fuerte intensidad, el núcleo está muy saturado. La señal, en los bordes del bobinado secundario, está constituida entonces por una serie de impulsos de elevada amplitud pero de corta duración. En este caso, la limitación generada por el diodo no debe ser demasiado importante a fin de que subsista una energía suficiente para desconectar el relé.

Las configuraciones actuales permiten garantizar una desconexión entre l_{DN} y 500 A y una no desconexión en las ondas impulsionales rápidas pero de un nivel bastante débil, gracias a la utilización de este diodo cuyas características son elegidas de manera que la limitación realizada no sea demasiado importante a fin de permitir una desconexión a 500 A. De esta tope de la limitación se deriva que el dispositivo de pro-
tección diferencial está aún sujeto a las desconexiones intempestivas.

La presente invención resuelve este problema y propone un dispositivo de protección diferencial especialmente contra las corrientes de fallo a tierra impidiendo las desconexiones intempestivas en presencia de corrientes parásitas y para lo cual se obtiene una ampliación del espectro de detección.

Con este fin, la presente invención tiene por objeto un dispositivo de protección diferencial de una instalación eléctrica de un tipo que consta de un transformador diferencial que consiste en un núcleo, unos bobinados primarios y un bobinado secundario en cuyos bornes se establece una señal de fallo diferencial cuando aparece un fallo en las bobinados primarios, un medio de desconexión de un aparato de corte de la corriente como un relé, un circuito secundario de conexión de dicho relé a los bornes del bobinado secundario antes citado, dicho circuito estando dispuesto para provocar la desconexión cuando dicha señal supere un umbral predeterminado e incluyendo una forma de limitación de dicha señal destinada a evitar las desconexiones intempestivas en caso de puntas de tensión parásitas asegurando una desconexión para una corriente de fallo. Este dispositivo se caracteriza en que el núcleo del transformador antes citado incorpora al menos dos partes que presentan unas características magnéticas diferentes, a saber, una primera parte presenta una permeabilidad elevada que proporciona al relé antes citado una energía suficiente para desconectar con intensidades débiles de corriente secundaria, en las cuales podrá ser realizada una limitación importante, y una segunda parte que presenta una baja permeabilidad, proporcionando al relé una energía suficiente para desconectar con corrientes fuertes.

Según una característica particular, la segunda parte antes citada está realizada en un material que presenta pérdidas de hierro elevadas.

Según otra característica, la segunda parte antes citada está realizada en un material que presenta una alta inducción a la saturación.

Según otra característica, la permeabilidad asociada al material de la primera parte está comprendida entre 10000 y 1 millón mientras que la permeabilidad asociada al material de la segunda parte está comprendida entre 10 y 5000.

De manera favorable, la permeabilidad asociada al material de la primera parte es de aproximadamente 350000.

De manera favorable, la permeabilidad asociada al material de la segunda parte es de aproximadamente 500.

Según otra característica, las dos partes antes citadas comprenden respectivamente dos porciones núcleoidales axialmente yuxtapuestas.

Según otra característica, las dos porciones núcleoidales comprenden respectivamente un núcleo bobinado realizado en FeNl laminado y una arandela de Fe.

Según otra característica, las dos partes antes citadas comprenden respectivamente un núcleo bobinado realizado en FeNl laminado y una caja metálica de protección de ese núcleo.

Según una realización particular, el medio de desconexión comprende un relé polarizado y el medio de limitación comprende un diodo conectado a los bornes del relé y cuyo sentido de conducción corresponde al sentido de la corriente de desconexión del relé, habiéndose escogido que el umbral de conducción del diodo sea superior al umbral de desconexión del relé pero inferior a la tensión secundaria proporcionada por las corrientes parásitas.

Según una variante de la realización, el medio de desconexión comprende un relé no polarizado y el medio de limitación comprende dos diodos montados en sentido inverso a los bornes de dicho relé.

Pero se observarán mejor otras ventajas de la invención en la descripción detallada que viene a continuación y se refiere a los dibujos proporcionados sólo a título de ejemplo y en los cuales:

La figura 1 representa el esquema eléctrico de una aparato de protección diferencial conforme a una realización particular de la invención,

La figura 2 es una vista de corte radial que ilustra un núcleo bimateria destinado a ser utilizado en un aparato de protección diferencial conforme a la invención.

La figura 3 ilustra dos curvas que representan en la ordenada, la amplitud de inducción, y en la abscisa, la amplitud de intensidad de los campos, correspondiendo respectivamente a los dos materiales que constituyen el núcleo de la invención.

La figura 4 ilustra dos curvas que representan en la ordenada, la potencia proporcionada por el núcleo, y en la abscisa, la intensidad de corriente de la señal secundaria, correspondiendo respectivamente a las dos porciones de núcleo que presentan características magnéticas diferentes.

La figura 5 representa el esquema eléctrico de un aparato de protección diferencial conforme a una segunda realización de la invención.

En las figuras 1 y 5 se observa un dispositivo de protección diferencial conforme a la invención que consiste en un transformador diferencial T que consta de un núcleo magnético To que lleva cuatro bobinados primarios E1, E2, E3 y E4 intercalados en los conductores de fases 1, 2 y 3 y el conductor del neutro N, y un bobinado secundario ES unido a la bobina de un relé sensible polarizado o no R de desconexión de un disyuntor.

Según la primera realización ilustrada en la figura 1, un diodo D está conectado en paralelo con el bobinado secundario ES del núcleo To, a los bornes de entrada 4,5 del relé polarizado R en el sentido opuesto al sentido del campo magnético de unión del relé R. La puesta en paralelo del diodo D con el relé R tiene como efecto poner en cortocircuito este último cuando la tensión secundaria sobrepase el umbral de conducción del diodo D, de forma que el funcionamiento del relé R no puede estar asegurada. Se utiliza pues un diodo D cuyo umbral de conducción es superior a la tensión normal de desconexión del relé R. El relé R es un relé polarizado cuyo funcionamiento no está asegurado más que en una alternancia sobre dos, estando previsto un único diodo para asegurar la prevención contra las desconexiones intempestivas. El sentido de la conducción del diodo D es el que corresponde al paso de la corriente de desconexión del relé, no ejerciendo la alternancia inversa ninguna acción sobre la desconexión del relé R.

En relación con la figura 2, se observa que el núcleo del transformador T está constituido por dos porciones núcleoidales A, B, axialmente yuxtapuestas. Por fortuna, desde un punto de vista económico, estas dos porciones A, B comprenden respectivamente un núcleo bobinado 6 de unos 15 a 300 um de espesor realizado en Fenl o manocristalino laminado y una arandela maciza 7 realizada en Fe de 1 a 2 mm de espesor. La primera porción 6 realizada en FeNi presenta una permeabilidad u elevada, favorablemente de 500 (Bs=2T). Hay que destacar que estos valores están dados para un valor de l_{DN} cercano a 30mA.

Funcionando normalmente, la suma de las corrientes primarias que atraviesan el transformador diferencial T es nula. En el caso de una fuga a tierra, esta suma no se anula ya y engendra por inducción magnética una corriente en el secundario Es del transformador T que provoca, por medio del relé de alta sensibilidad R, la apertura del dispositivo de corte 8.

En relación con la figura 3, se observa que en lo que concierne a la primera porción de núcleo A, la amplitud de inducción B en función de la amplitud de la intensidad de campo H es máxima, para un valor de corriente de l_{DN} (correspondiente a algunas decenas o centenas de mA). En la segunda porción de núcleo B, esta amplitud B es máxima para un valor de corriente de 500A.

En relación con la figura 4, se observa que la potencia P proporcionada por la primera porción de núcleo A es superior a la potencia de desconexión p del relé R para valores débiles de intensidad de corriente y ello sensiblemente a partir de l_{DN}, mientras que la potencia P proporcionada por la segunda porción de núcleo B es superior a esta potencia de desconexión p para valores altos de intensidad de unos 500A, sobre todo por encima de este valor. Se observa también en esta figura la curva C representativa de la potencia total proporcionada por el transformador constituido por los dos núcleos A,B.

De este modo, habida cuenta de la alta permeabilidad del material que constituye la primera porción de núcleo A, se produce una energía suficiente para valores débiles de intensidad de corriente homopolar (Zona de las l_{DN}), de donde se deduce que se podrá realizar una limitación muy importante con el fin de evitar la desconexión en fallos parásitos impulsionales. Esta importante limitación no asegurará la desconexión en corrientes homopolares de frecuencia industrial pero de fuerte intensidad, que será obtenida gracias a la presencia de la segunda porción de núcleo B de baja permeabilidad.

Se observará que el material de la segunda porción de núcleo será favorablemente un material de fuertes pérdidas de hierro de manera que impida la desconexión en parásitas de alta frecuencia, siendo entonces el limitador inoperante habida cuenta del débil valor de tensión enviado a sus bornes. De igual modo, preferentemente este mismo material presentará una alta inducción a la saturación, permitiendo reducir la acumulación del transformador T.

En relación con la figura 5, se observa otra realización de la invención en la cual el dispositivo de protección es de tipo clase A, es decir, sensible a las corrientes intermitentes. En este caso, el relé de desconexión R1 es no polarizado y la limitación se realiza mediante dos diodos, D1, D2, montados en sentido inverso entre el secundario Es del transformador T y el relé R.

Se observará que pueden ser utilizados otros materiales para realizar el núcleo de la invención, como FeSi o bien otros materiales manocristalinos, incluso amorfos.

Se observará también que el circuito de conexión entre el bobinado secundario y el relé podrá constar de un circuito de acumulación o bien de un circuito rectificador reconocido.

Así pues, gracias a la invención se ha realizado un dispositivo de protección diferencial que presenta una inmunidad a las desconexiones intempestivas considerablemente mejorada. Esta mejora es debida principalmente al hecho de que se lleva a cabo una limitación más enérgica de la señal secundaria en la zona de corrientes débiles, siendo ello posible gracias a la presencia de un núcleo que tiene dos características magnéticas diferentes. Se obtiene además gracias a la invención una amplia zona de intensidad de corriente de desconexión.

Por supuesto, la invención no sólo se limita a los modos de realización descritos e ilustrados, que han sido mostrados a título de ejemplo.

Así, la invención podrá ser aplicada a cualquier dispositivo diferencial (interruptor diferencial, disyuntor diferencial, etc.) utilizando un núcleo de mediciones.

El sistema limitador podrá constar, por ejemplo, de uno o dos diodos Zener u otro componente no lineal.

Claims (11)

1. Dispositivo de protección diferencial de una instalación eléctrica del tipo que comprende un transformador diferencial que incluye un núcleo (T), bobinados primarios (E1, E2, E3, E4) y un bobinado secundario (ES) en cuyos bornes se establece una señal de fallo diferencial cuando aparece un fallo en los bobinados primarios, un medio de desconexión de un aparato de corte (8) de corriente como un relé (R), un circuito secundario de conexión de dicho relé a los bornes del bobinado secundario antes citado, dicho circuito estando dispuesto para provocar la desconexión cuando la mencionada señal sobrepase un umbral predeterminado y que consta de un medio de limitación (D, D1, D2) de dicha señal destinado a evitar las desconexiones intempestivas en caso de puntas de tensión parásita asegurando una desconexión para una corriente de fallo,

caracterizado porque el núcleo To del transformador antes citado T consta de al menos dos partes A, B, que presentan características magnéticas diferentes, a saber, una primera parte A con una permeabilidad elevada proporciona al relé antes citado R una energía suficiente para desconectar con intensidades débiles de corriente secundaria, en las que se podrá realizar una limitación importante, y una segunda parte B con una baja permeabilidad proporciona al relé R una energía suficiente para desconectar con corrientes fuertes.

2. Dispositivo según la reivindicación 1 caracterizado porque la segunda parte antes citada B está realizada en un material que presenta pérdidas de hierro elevadas.

3. Dispositivo según la reivindicación 1 ó 2 caracterizado porque la segunda parte antes citada B está realizada en un material que presenta una alta in-
ducción a la saturación.

4. Dispositivo según una cualquiera de las reivindicaciones precedentes caracterizado porque la permeabilidad asociada al material de la primera parte A está comprendida entre 10000 y 1 millón mientras que la permeabilidad asociada al material de la segunda parte B está comprendida entre 10 y 5000.

5. Dispositivo según una cualquiera de las reivindicaciones precedentes caracterizado porque la permeabilidad asociada al material de la primera parte A es de unos 350000.

6. Dispositivo según una cualquiera de las reivindicaciones precedentes caracterizado porque la permeabilidad asociada al material de la segunda parte B es de unos 500.

7. Dispositivo según una cualquiera de las reivindicaciones precedentes caracterizado porque las dos partes antes citadas A, B, constan respectivamente de dos partes núcleoidales (6, 7) axialmente yuxtapuestas.

8. Dispositivo según la reivindicación 7 caracterizado porque las dos porciones núcleoidales (6, 7) constan respectivamente de un núcleo bobinado (6) realizado en FeNi laminado y una arandela de Fe (7).

9. Dispositivo según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a la 6 caracterizado por que las dos partes antes citadas A, B constan respectivamente de un núcleo bobinado (6) realizado en FeNi laminado y una caja de protección metálica de este núcleo (6).

10. Dispositivo según una cualquiera de las reivindicaciones precedentes caracterizado porque el medio de desconexión consta de un relé polarizado R y en que el medio de limitación consta de un diodo D conectado a los bornes (4, 5) del relé R y cuyo sentido de conducción corresponde al sentido de la corriente de desconexión del relé R, siendo elegido el umbral de conducción del diodo D de manera que sea superior al umbral de desconexión del relé R pero inferior a la tensión secundaria proporcionada por las corrientes parásitas.

11. Dispositivo según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9 caracterizado porque el medio de desconexión comprende un relé no polarizado R1 y en que el medio de limitación consta de dos diodos (D1, D2) montados en sentido inverso a los bornes de dicho relé R1.